Методика расчета электропрочностных и выходных электрических характеристик выпрямительных диодов и сравнения их электрических параметров
Авторы: Онуфриева Е.В.
Опубликовано в выпуске: #6(150)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-6-2366
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Основная проблема разработки выпрямительных диодов, используемых в энергодвигательных установках космических аппаратов, — определение их рабочего напряжения (или напряжения обратного дугового пробоя в запертом состоянии), которое наряду с плотностью тока в проводящем состоянии определяет электроэнергетические характеристики. Предложена методика расчета электропрочностных характеристик выпрямительного диода. В ней объединены несколько математических моделей для расчета распределения напряженности электрического поля, потенциала и температуры атомов цезия в катодном ионном слое в режиме обратного тока, а также для исследования резонансных свойств системы (получение амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик) и электропрочностных характеристик выпрямительного диода (определение напряжения обратного пробоя диода). При совместном применении численного, полуэмпирического и аналитического подходов могут быть рассчитаны и обоснованы такие выходные характеристики диода, как пробойное и рабочее напряжение, которые используются для сравнения выходных электроэнергетических характеристик диодов и обоснования возможности применения выпрямительных диодов в той или иной системе преобразования тока.
EDN TQLFWX
Литература
[1] Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. Москва, Машиностроение, 1975, 272 с.
[2] Фаворский О.Н., Фишгойт В.В., Янтовский Е.И. Основы теории космических электроракетных двигательных установок. О.Н. Фаворский, ред. Москва, Высшая школа, 1970.
[3] Квасников Л.А., Латышев Л.А., Пономарев-Степной Н.Н., Севрук Д.Д., Тихонов В.Б. Теория и расчет энергосиловых установок космических летательных аппаратов. Изд. 2-е, перераб. и доп. Москва, Изд-во МАИ, 2001, 480 с.
[4] Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В., Ивашкин А.Б. Физические основы построения и проектирования высокотемпературных систем преобразования тока космических энергодвигательных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, 167 с.
[5] Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В. Гришин Ю.М., Сидняев Н.И., Синявский В.В., Ивашкин А.Б. О расчете напряжения зажигания обратного дугового разряда в высоковольтном плазменном термоэмиссионном диоде. Известия Российской академии наук. Энергетика, 2018, № 4, с. 108–115.
[6] Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В. К вопросу о расчете напряжения обратного дугового пробоя высоковольтного термоэмиссионного диода и его предельной удельной электрической мощности. Известия Российской академии наук. Энергетика, 2023, № 2, с. 46–57.
[7] Онуфриев В.В. Влияние энергетического баланса атомов в катодном слое на поджиг дугового разряда в газонаполненном диоде. Сборник трудов 2-й Отраслевой конференции «Ядерная энергетика в космосе. Физика термоэмиссионных преобразователей энергии» (Сухуми, 28 октября — 2 ноября 1991 г.). Сухуми, 1991, с. 278–287.
[8] Анциферов Д.А., Онуфриев В.В., Онуфриева Е.В. Исследование электрической мощности высоковольтного плазменного термоэмиссионного диода от теплофизических параметров и типа рабочего тела. Инженерный журнал: наука и инновации, 2022, вып. 9. DOI: 10.18698/2308-6033-2022-9-2210
[9] Каплан В.Б., Марциновский А.М., Мустафаев А.С. и др. Импульсное управление током сильноточного низковольтного разряда на смеси паров цезия и бария. Журнал технической физики, 1977, т. 47, вып. 10, с. 2068–2078.
[10] Бакшт Ф.Г., Каплан В.Б., Костин А.А. и др. Исследование стационарного проводящего состояния сеточного ключевого элемента. Журнал технической физики, 1978, т. 48, вып. 11, с. 2273–2293.
[11] Каплан В.Б., Макаров А.Н., Марциновский А.М., Новиков А.Б. и др. Низковольтный высокотемпературный ключевой элемент нового типа для преобразования постоянного тока в переменный. Журнал технической физики, 1977, т. 47, вып. 2, с. 274–297.
[12] Бабанин В.И., Каплан В.Б., Колышкин В.Н. и др. Сильноточный ключевой элемент с Cs-Ba наполнением в нестационарном режиме разряда. Всесоюз. конф. по термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую: Тезисы докладов. Обнинск, 1979, с. 91.
[13] Богомолов И.В., Кузин Г.А., Юрченко А.А. Экспериментальное исследование высокотемпературных вентилей на большие плотности тока. Всесоюз. конф. по термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую. Обнинск, 1979, с. 96.
[14] Бакшт Ф.Г., Мойжес Б.Я. К теории низковольтной дуги в цезии. Журнал технической физики, 1965, т. 35, вып. 2, с. 266–278.
[15] Дьяконов В.П. «MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6» в математике и моделировании. Москва, СОЛОН-Пресс, 2005, 576 с.
[16] Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В., Ивашкин А.Б., Синявский В.В. Моделирование резонансных свойств и работы цепи термоэмиссионный реактор-преобразователь — термоэмиссионный вентиль — индуктивная нагрузка космической энергодвигательной установки. Известия Российской академии наук. Энергетика, 2013, № 1, с. 68–78.
[17] Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. Москва, Мир, 1968, 432 с.
[18] Лекоргийе Ж. Управляемые электрические вентили и их применение. Москва, Энергия, 1971, 503 с.
[19] Ситник Н.Х. Силовые кремниевые вентильные блоки. Москва, Энергия, 1972, 223 с.
[20] Lidow A., Strydom J., M. de Rooij, Reusch D. GaN Transistors for efficient power conversion. 2nd Edition. Efficient Power Conversion Corporation, El Segundo (California, USA), 2015, p. 268.
[21] Colino S., Beach R. Fundamentals of Gallium Nitride power transistors, Application note: AN002. Efficient Power Conversion Corporation, 2019, p. 4.
[22] Вишневский А.И., Руденко В.С., Платонов А.П. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. Москва, Высшая школа, 1975, 343 с.
[23] Каганов И.Л. Ионные приборы. Москва, Энергия, 1972, 528 с.
[24] Онуфриев В.В., Гришин С.Д. Экспериментальное исследование электрической прочности к обратному дуговому пробою термоэмиссионного диода с цезиевым наполнением. Теплофизика высоких температур, 1996, т. 34, № 3, с. 482–485.
[25] Онуфриев В.В., Лошкарев А.И. Зажигание обратного дугового разряда в бариевом термоэмиссионном диоде. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2005, № 1, с. 72–77.